398

การทดลองท 26 การเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 26.1. วตถประสงคในการทดลอง 1. เพอศกษาหลกการท างานของการเขารหสและถอดรหสแบบเชงเสน 2. เพอศกษาหลกการท างานของการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 3. เพอศกษาการออกแบบและสรางวงจรการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 4. เพอศกษาการวดและปรบวงจรการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 26.2. หลกการและทฤษฎทเกยวของ

Line coding คอ กระบวนการหนงของการเขารหส ทเปนการแปลงบตขอมลใหอยในรปสญญาณดจทลทเหมาะสม เพอน าไปสการกล าสญญาณแบบพลส (Pulse code modulation: PCM) ในการพจารณาเลอกใชสญญาณดจทลเพอการสงขอมลไบนาร จ าเปนตองค านงถง 1. ชนดของการกล าสญญาณ 2. ชนดของภาครบสญญาณ 3. ชวงของแบนดวธ 4. ชนดของตวรบในระบบสงสญญาณดจทล การประยกตใช Line coding มประโยชน คอ 1. Self-synchronization สามารถก าหนดไทมงหรอสญญาณนาฬกา จากสญญาณทสงไดโดยงาย 2. Low Bit Error Rate สญญาณทรบไดสามารถสรางคนไดดวย Comparator และสามารถลดสญญาณรบกวนและความผดพลาดของบต (Bit error rate) นอกจากนถามการเพมวงจรกรองสญญาณทเหมาะสมทตวรบ จะชวยลดการแทรกแซงกนระหวางสญลกษณ (Inter-symbol interference: ISI) 3. Error Detection Capability ระบบสอสารสามารถตรวจสอบความผดพลาดได ดวยการเพมการเขารหสและถอดรหสใหกบสญญาณ Line code 4. Transparency การใช Line code ในการสง สามารถใหขอมลทแมนย า Line coding สามารถแบงออกเปน 2 ชนด คอ แบบคนศนย (return-to-zero: RZ) และแบบไมคนศนย (non-return-to-zero: NRZ) RZ line coding แสดงถงชวงเวลาบตเดยว รปสญญาณจะกลบไปท 0 V ระหวางพลสของขอมล โดยมลกษณะสญญาณดงรปท 1 (c) สวน NRZ line coding แสดงถงชวงเวลาบตเดยว ทรปสญญาณจะไมกลบไปท 0 V โดยมลกษณะสญญาณดงรปท 1(a) และจากลกษณะสมบตของสญญาณสามารถแบง Line coding ไดเปน 2 แบบเชนกน คอ แบบขวเดยว (Unipolar) และแบบสองขว (bipolar) ดงแสดงในรปท 1 ซงจะพบวา แบบขวเดยวจะมลกษณะสญญาณเฉพาะคาบวก ทระหวาง + V กบ 0 V สวนแบบสองขวจะมลกษณะสญญาณทมทงคาบวกและคาลบ ทระหวาง + V กบ – V

399

รปท 1 รปสญญาณ Line coding แบบตางๆ

1. สญญาณขวเดยวแบบไมคนศนย (Unipolar Non-return-to-zero Signal Encoder) สญญาณขวเดยวแบบไมคนศนย (UNI-NRZ) มลกษณะดงรปท 1(a) เมอบตขอมลมคา “1” พลสจะมคาแรงดนเปน +V ความกวางและชองวางระหวางบตขอมลของ UNI-NRZ จะเทากนหมด และเมอบตขอมลมคา “0” พลสจะมคาแรงดนเปน 0 V 2. สญญาณสองขวแบบไมคนศนย (Bipolar Non-return-to-zero Signal Encoder) สญญาณสองขวแบบไมคนศนย (BIP-NRZ) มลกษณะดงรปท 1 (b) เมอบตขอมลมคา “1” และ “0” แอมปลจดของสญญาณ BIP-NRZ จะมคาเปน บวก และ ลบ ตามล าดบ โดยในชวงเวลาของบตแรงดนกจะมคาเทาเดม จากรปท 1(b) เมอพจารณาจากสญญาณขอมลและสญญาณหลงจากการเขารหส (encode) จะตางกนทเมอบตขอมลเปน “0” สญญาณ BIP-NRZ จะมแอมปลจดเปน คาลบ

400

3. สญญาณขวเดยวแบบคนศนย (Unipolar Return-to-zero Signal Encoder) สญญาณขวเดยวแบบคนศนย (UNI-RZ) มลกษณะดงรปท 1(c) เมอบตขอมลมคา “1” สญญาณของ UNI-RZ ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนบวก และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปน 0 สวนเมอบตขอมล มคา “0” สญญาณของ UNI-RZ จะไมมพลสสญญาณ หรอคาแอมปลจดเปน 0 ตลอดชวงเวลาบตนนเอง ชวงเวลาบตของ RZ จะมคาเปนครงหนงของ NRZ และมเฟสเปน 2 เทา ใน 1 ชวงเวลาบต ท าใหงายตอการรบสญญาณแบบซงโครนส 4. สญญาณสองขวแบบคนศนย (Bipolar Return-to-zero Signal Encoder) สญญาณสองขวแบบคนศนย (BIP-RZ) มลกษณะดงรปท 1(d) เมอบตขอมล มคา “1” สญญาณของ BIP-RZ ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนบวก และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปนคาลบ สวนเมอบตขอมลมคา “0” สญญาณของ BIP-RZ จะมคาแอมปลจดเปนลบ และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปนคาลบเชนกน 5. สญญาณสลบขว (Alternate Mark Inversion Signal Encoder) สญญาณสลบขว (AMI) มลกษณะดงรปท 1(e) ซงคลายกบสญญาณ RZ แตเมอมการเปลยนสถานะเปน “1” สญญาณจะเปลยนขว เชนเมอบตขอมลมคา “1” สญญาณของ AMI ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนบวก และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปน“0” และเมอบตขอมลล าดบทสองมคา “0” จะมคาแอมปลจดเปน“0” ตลอดชวงเวลา แตเมอขอมลบตตอมามคา “1” สญญาณของ AMI ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนลบและชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปน “0” และเมอขอมลบตตอมามคา “1” สญญาณของ AMI ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนบวกและชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปน “0” นนกคอ มการเปลยนขวเมอขอมลบตมคาเปน “1” สญญาณ AMI นยมใชในงานระบบโทรศพท ทใชระบบการกล าสญญาณแบบ PCM 6. สญญาณแมนเชสเตอร (Manchester Signal Encoder) สญญาณแมนเชสเตอร(Manchester signal) หรอ Split-phase signal มลกษณะดงรปท 1(f) เมอบตขอมล มคา “1” สญญาณแมนเชสเตอร ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนบวก และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปนลบและเมอบตขอมลมคา “0” สญญาณแมนเชสเตอร ครงหนงของชวงเวลาบตจะมคาแอมปลจดเปนลบ และชวงเวลาทเหลอจะมคาแอมปลจดเปนบวกสญญาณแมนเชสเตอร มขอไดเปรยบในดานหนวยความจ า สญญาณนตองใชแบนดวดมากกวาสญญาณอน และมความเหมาะสมทใชในระบบเครอขาย เชน อเทอรเนต (Ethernet)

401

7. การออกแบบและสรางการเขารหสสญญาณแมนเชสเตอร จากลกษณะรปสญญาณขอมล สญญาณนาฬกา และสญญาณแมนเชสเตอร ในรปท 1 การ

สรางสญญาณแมนเชสเตอรจากสญญาณขอมลและสญญาณนาฬกา จะตองใช “XNOR” ซงมสญลกษณดงรปท 2 ตารางความจรงเปนดงตารางท 1 และมฟงกชนบลนคอ

ABABF (1)

จากรปท 3 สญญาณนาฬกาของ XNOR ซงมลกษณะเชนเดยวกบรปสญญาณแมนเชสเตอร

รปท 2 สญลกษณ XNOR Gate

รปท 3 แผนภาพสญญาณนาฬกาของ XNOR

ตารางท 1 ตารางความจรงของ XNOR Input A Input B Output F

0 0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 1

8. การออกแบบและสรางการถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร จากลกษณะรปสญญาณขอมล สญญาณนาฬกา และสญญาณแมนเชสเตอร ในรปท 1 ในการถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร จะตองใช “XOR” ท างานรวมกบสญญาณนาฬกาท ถกกลบ

402

(inverted clock signal) และสญญาณแมนเชสเตอร โดยมวงจรถอดรหสสญญาณ ดงแสดงไดในรปท 4 ท XOR ตวแรกท าหนาทในการกลบ (invert) สญญาณนาฬกา โดยมอนพตเปนสญญาณนาฬกาและสญญาณแรงดน +5 V และ XOR ตวทสอง ท าหนาทถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร โดยมอนพตเปนสญญาณนาฬกาทถกกลบและสญญาณแมนเชสเตอร

รปท 4 วงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรทใช XOR รปสญญาณทแตละต าแหนงของวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรในรปท 5 ทจด A คอ สญญาณขอมลดจทลขาเขา ทจด B คอ สญญาณนาฬกา ทจด C คอ สญญาณหลงการเขารหส / สญญาณแมนเชสเตอร ทจด D คอ สญญาณนาฬกาทถกกลบ สวนทจด E คอ สญญาณหลงการถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร ซงมลกษณะเหมอนกบสญญาณขอมลดจทลขาเขา นอกจากวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรในรปท 4 แลว วงจรถอดรหสนยงมรปแบบอน ดงวงจรในรปท 6 สวนทแตกตางระหวาง 2 วงจรนคอ ในวงจรท 6 จะใชสญญาณนาฬกาแบบเดยวทงวงจร ในระบบสงสญญาณแบบไรสาย ไมสามารถถอดรหสสญญาณคนไดในกรณทมสญญาณนาฬกา 2 แบบ ตวรบสญญาณตองการสญญาณทซงโครนส และมฟลบ ฟลอบ แบบ D (D type flip-flop) เพอสราง Function of Latch

403

รปท 5 รปสญญาณทแตละต าแหนงของวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

รปท 6 วงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

9. การประยกตใชงานเสนใยน าแสงในการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร การประยกตใชงานเสนใยน าแสงในเชอมตอเพอรบสงสญญาณในการเขารหสและถอดรหส

สญญาณแมนเชสเตอร แสดงดงรปท 7 โดยมการเชอมตอสญญาณขาออกของวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอรเขากบตวสงสญญาณเสนใยน าแสงแบบดจทล ท าใหสญญาณแมนเชสเตอรกลายเปน

404

สญญาณแสง หลงจากผานวงจรแปลง E/O แลวสงสญญาณแสงทไดผานเสนใยน าแสงไปยงตวรบสญญาณเสนใยน าแสงแบบดจทล ผานวงจรแปลง O/E ทท าหนาทแปลงสญญาณแสงทไดเปนสญญาณแมนเชสเตอร และในทสดเมอสงสญญาณนผานไปยงวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรกจะไดสญญาณขอมลดจทลออกมาในทสด

รปท 7 การประยกตใชงานเสนใยน าแสงในการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

26.3. อปกรณการทดลอง 1. ชดทดลอง ETEX (Optical Fibers Communication) 2. Oscilloscope แบบสองแชนแนล 3. ดจทลมลตมเตอร 4. DC Power Supply 5. สายตอวงจร

26.4. ขนตอนการทดลอง การทดลองท 1: การเขารหสสญญาณแมนเชสเตอร 1. จากวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอรรปท 4 หรอวงจร OFC7-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-05 2. ในวงจร OFC7-1 ทชองสญญาณนาฬกาขาเขา I/P1 และ CLK I/Pใสสญญาณ TTL ความถ 200 Hz และ Duty cycle 50% หลงจากนนตอ Data O/P เขากบชองสญญาณขอมลขาเขา I/P2 ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกของวงจร ท I/P1, I/P2 และท Manchester O/P และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 2

405

3. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 2 และท าการทดลองซ าตามขอ 2 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 2 4. ท ชองอนพต I/P1 ใสสญญาณ TTL ความ ถ 200 Hz และ Duty cycle 50% และทชองสญญาณนาฬกา I/P2 ของ OFC7-1ใสสญญาณ TTL ความถ 100 Hz และ Duty cycle 50% ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกของวงจร ท I/P1, I/P2 และท Manchester O/P และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 3 5. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 3 และท าการทดลองซ าตามขอ 4 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 3

การทดลองท 2 การถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 1. จากวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอรรปท 4 หรอวงจร OFC7-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-05 ซงสรางสญญาณแมนเชสเตอร 2. จากวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรรปท 6 หรอวงจร OFC7-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-05 3. จากวงจร OFC7-1 ท ชองสญญาณนาฬกาขาเขา I/P1 และ CLK I/P ใสสญญาณ TTL ความถ 200 Hz และ Duty cycle 50% หลงจากนนตอ Data O/P เขากบชองสญญาณขอมลขาเขา I/P2 ของ OFC7-1 และตอสญญาณแมนเชสเตอร จาก Manchester O/P ของวงจร OFC7-1 เขาไปทชองอนพตท Manchester I/P ของวงจร OFC7-2 ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกของวงจร ท TP1, TP2, TP3 และท Data O/P และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 4 4. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 4 และท าการทดลองซ าตามขอ 3 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 4 5. จากวงจร OFC7-1 ทชองสญญาณนาฬกาขาเขา I/P1 ใสสญญาณ TTL ความถ 200 Hz และ Duty cycle 50% และทชองสญญาณนาฬกาขาเขา I/P2 ใสสญญาณ TTL ความถ 100 Hz และ Duty cycle 50% หลงจากนนตอสญญาณแมนเชสเตอร จาก Manchester O/P ของวงจร OFC7-1 เขาไปท ชองอนพตท Manchester I/P ของวงจร OFC7-2 ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกของวงจร ท TP1, TP2, TP3 และท Data O/P และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 5 6. ปรบขนาดอนพต ตามตารางท 4 และท าการทดลองซ าตามขอ 6 และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 5

406

การทดลองท 3 การประยกตใชงานเสนใยน าแสงในการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร 1. จากโครงสราง ดงรปท 7 หรอ ในโมดล ETEK OFC-9000-01 และ ETEK OFC-9000-05 2. จากวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอรดงรปท 4 หรอวงจร OFC7-1 ในโมดล ETEK OFC-9000-05 เพอสรางสญญาณกล าสญญาณสญญาณแมนเชสเตอร 3. จากวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรรปท 6 หรอวงจร OFC7-2 ในโมดล ETEK OFC-9000-05 4. ในวงจร OFC7-1 ท ชองสญญาณนาฬกาขาเขา I/P1 และท CLK I/PใสสญญาณTTL ความถ 200 Hz และ Duty cycle 50% หลงจากนนตอ Data O/P เขากบชองสญญาณขอมลขาเขา I/P2 ของ OFC7-1 ใชออสซลโลสโคปวดรปสญญาณขาออกของวงจร ท Data O/P และท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 6 5. น าสญญาณแมนเชสเตอรขาออก ท Manchester O/P ของวงจรOFC7-1 เขากบ ชองสญญาณดจทลขาเขา ท I/P ของวงจร OFC1-2 และปดวงจร (Short circuit) ท J2 ของวงจร OFC1-2เพอเลอกใชงานตวสงสญญาณทความยาวคลน 820 nm แลวใชออสซลโลสโคป วดรปสญญาณขาออกท TP4 แลวท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 6 6. ใชเสนใยน าแสงเชอมตอวงจรแปลง E/O ของวงจร OFC1-2 เขากบ วงจรแปลง O/E ของวงจร OFC2-2 ทใชตวรบสญญาณทความยาวคลน 820nm และใชออสซลโลสโคป วดรปสญญาณขาออกท O/P ของวงจร OFC2-2แลวท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 6 7. น าสญญาณขาออก จากวงจร OFC2-2 ตอเขากบชองสญญาณแมนเชสเตอรขาเขา ท I/P ของวงจร OFC7-2 และใชออสซลโลสโคป วดรปสญญาณขาออกของวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอรท O/P แลวท าการบนทกผลการวดทไดลงในตารางท 6

407

บนทกผลการทดลองท 1 ตารางท 2 การวดวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอร

Input Signal Frequencies

(I/P1)

Output Signal Waveform

I/P1 I/P2 Manchester O/P

200

300

408

บนทกผลการทดลองท 1 ตารางท 3 การวดวงจรเขารหสสญญาณแมนเชสเตอร

Input Signal Frequencies

Output Signal Waveform

I/P1 I/P2 I/P1 I/P2 Manchester O/P

200 Hz 100 Hz

300 Hz 150 Hz

409

บนทกผลการทดลองท 2 ตารางท 4 การวดวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

Encoded Input Signals

I/P1 Output Signal Waveform

200 Hz

TP1 TP2

TP3 O/P

300 Hz

TP1 TP2

TP3 O/P

410

บนทกผลการทดลองท 2 ตารางท 5 การวดวงจรถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

Encoded Input Signals Output Signal Waveform

I/P1 I/P2

200 Hz

100 Hz

TP1 TP2

TP3 O/P

300 Hz

150 Hz

TP1 TP2

TP3 O/P

411

บนทกผลการทดลองท 3 ตารางท 6 การประยกตใชงานเสนใยน าแสงในการเขารหสและถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร

OFC7-1 CVSD O/P

OFCI-1 TP4

OFC2-1

O/P

OFC7-2

O/P

412

26.5. สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................. ................................... 26.6. ค าถามทายการทดลอง 1. Line coding มกชนด อะไรบาง ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. จงอธบายหลกการเขารหสสญญาณแมนเชสเตอร ............................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. จงอธบายหลกการถอดรหสสญญาณแมนเชสเตอร ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

413

26.7. เอกสารอางอง

1. คมอทดลอง Optical Fibers Communication Applications and Measurements, Etek Technology Co, LTD.

2. ปณยวย จามจรกล, ระบบการสอสารผานเสนใยแกว, ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2550.

3. รศ.ดร.ปรชา ยพาพน, เครอขายใยแกวน าแสง, สมาคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย-ญปน)

4. ผศ.อภนนท มณยานนท, ทฤษฎการสอสารเสนใยแสง, ต าราชดวศวกรรมศาสตร,

สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง, 2534.

5. พนธศกด ศรทรพย, การสอสารดวยไฟเบอรออพตค, บรษทอเลคทรอนกสเวลส, 2526.

6. Robert J. Hoss, Fiber Optic Communications Design Handbook, Prentice – Hall International Inc., 1990.

7. Keigo Lizuka, Elements of Photonics for Fiber and Integrated Optics, Volume II, A John Wiley & Son Inc., 2002.

8. Gerd Keiser, Optical Fiber Communications, Second Edition, McGraw-Hill, Inc, 1991.

9. Harold B. Killen, Fiber Optic Communications, Prentice Hall, 1991.

10. Stephen B. Alexander, Optical Communication Receiver Design, Institute of Electrical Engineering, London UK, 1997.